KR102484890B1 - 베어링의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베어링의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예를 따르는 베어링의 제조방법은, 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 준비하는 단계; 상기 성형된 부분에 고체 윤활제를 삽입하는 단계; 및 상기 모재를 소결하는 단계;를 포함한다.

Description

베어링의 제조방법{Manufacturing method for bearing}
본 발명은 베어링의 제조방법에 관한 것이다.
베어링은 마찰을 줄여 기구의 동작을 원할하게 해주는 부품이다. 이러한 베어링은 마찰의 감소를 위해 지속적으로 윤활제를 공급해야 하지만, 급유 비용 및 인력 소요, 급유를 위한 작업 중단에 따른 비용 소요, 이물질 유입, 고온이나 저온 등 외부환경에 의한 작업 어려움, 구조적 급유 불능 등의 문제를 야기할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 베어링 등의 동작 기구에 고체윤활제가 삽입된 형태인 오일리스 베어링 등의 제품이 개발되었다.
오일리스 베어링은 통상적으로 흑연봉을 부시(Bush) 또는 플레이트(Plate)에 삽입하여 제조하거나, 금속 분말에 고체윤활제를 혼합하여 분말야금 공정을 통해 제품을 생산하고 있다.
부시 또는 플레이트에 삽입되는 고체윤활제는 일반적으로 흑연이 사용되는데, 부시 또는 플레이트 등의 모재에 홀(Hole)을 가공하여 삽입하기 때문에 치수 공차로 인해 흑연이 이탈하는 문제가 발생한다. 또한, 경도가 높은 모재의 사용이 요구되면서 홀 가공이 어려워 사용에 제약을 받는다.
한국 특허등록번호 제10-2075586호
본 발명의 목적은 모재에서 고체윤활제가 이탈되는 것을 방지할 수 있는 베어링의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 경도가 높은 모재를 사용하는 경우에도 홀 가공을 용이하게 할 수 있어 고체윤활제를 손쉽게 삽입할 수 있다.
또한, 모재 가공이 용이하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 베어링의 제조방법은, 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 준비하는 단계; 상기 모재에 고체 윤활제를 삽입하는 단계; 및 상기 모재를 소결하는 단계;를 포함한다.
상기 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 준비하는 단계는, 모재분말을 준비하는 단계, 및 상기 모재분말을 몰드에 충진하고 가압하여 상기 몰드의 형상에 의해 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 제조하는 단계,를 포함할 수 있다.
상기 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 준비하는 단계는, 모재를 준비하는 단계, 및 상기 모재에 홈 또는 구멍을 생성하는 단계,를 포함할 수 있다.
상기 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 준비하는 단계는, 모재분말을 준비하는 단계, 및 상기 모재분말을 몰드에 충진하고 가압 성형하여 모재를 생성하는 단계, 상기 모재를 예비소결하는 단계, 및 상기 예비소결된 모재에 홈 또는 구멍을 생성하는 단계,를 포함할 수 있다.
상기 모재를 소결하는 단계는 상기 모재의 재결정온도 이상으로 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 베어링의 제조방법은, 모재에서 고체윤활제가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 경도가 높은 모재를 사용하는 경우에도 홀 가공을 용이하게 할 수 있어 고체윤활제를 손쉽게 삽입할 수 있다.
또한, 모재 가공이 용이하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 베어링의 제조방법을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 베어링의 제조방법을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예를 따르는 베어링의 제조방법을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.　 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다
본 발명의 실시 예를 따르는 베어링의 제조방법은, 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 준비하는 단계; 상기 모재에 고체 윤활제를 삽입하는 단계; 및 상기 모재를 소결하는 단계;를 포함한다.
상기 모재는 1종 또는 2종 이상의 모재분말을 포함할 수 있다. 상기 모재분말은 1종 또는 2종 이상의 성분으로 된 금속분말 또는 합금분말일 수 있다. 상기 금속분말 또는 합금분말은 베어링 제조에 사용하는 것이면 특별히 제한하지 않는다. 또한, 상기 모재분말의 형상은 침상, 각상, 주상, 섬유상, 판상 및 입상 등일 수 있고, 크기도 특별히 제한하지 않는다.
상기 모재분말은 윤활제를 더 포함할 수 있다. 상기 윤활제는 이황화텅스텐, 이황화몰리브덴, 황화망간, 흑연, 카본블랙 및 질화붕소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 모재분말에 포함되는 윤활제는 판상 또는 입상 등의 분말일 수 있다. 상기 모재분말에 윤활제를 첨가함으로써 윤활제를 모재에 내재화할 수 있어 베어링의 윤활성을 높일 수 있다. 상기 모재분말에 포함된 윤활제의 함량은 모재분말 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부일 수 있다.
상기 모재는 상기 모재분말이 일정한 형상을 갖도록 뭉쳐진 것일 수 있으며, 상기 모재분말이 외부의 압력에 의해 가압 성형되어 부분적으로 치밀화(compaction)된 것일 수 있다. 상기 모재분말 각각은 부분적으로 인접한 모재분말과 부분적으로 결합함으로써 일정한 강도를 유지할 수 있다. 이를 통해 이후 드릴 등으로 상기 모재 표면에 홈을 가공하거나 고체윤활제를 홈에 삽입하더라도 상기 모재가 그 형상을 일정하게 유지할 수 있다.
상기 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 준비하는 단계는, 모재분말을 가압하여 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 가압 성형 공정은 일정한 형상을 가진 몰드에 모재분말을 주입하고, 상기 몰드를 이용하여 모재분말을 가압하여 수행할 수 있다. 이 때, 상기 모재분말을 가압하는 압력은 모재분말의 종류 및 입자 크기에 따라 달라질 수 있다. 본 공정은 분말야금 등의 공정에서 가압 성형체를 제조하는 다양한 방법에 의할 수 있으며, 공정 조건이나 몰드 등의 공정 장치를 특별히 제한하지 않는다.
상기 모재에 고체 윤활제를 삽입하는 단계는, 상기 고체윤활제를 준비하는 단계 및 상기 고체윤활제를 상기 모재에 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고체윤활제는 이황화텅스텐, 이황화몰리브덴, 황화망간, 흑연, 카본블랙 및 질화붕소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 고체윤활제는 상기 모재의 홈 또는 구멍에 배치될 수 있도록 일정한 형상을 가진 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 고체윤활제는 상기 모재의 홈 또는 구멍에 대응하는 형상일 수 있으며, 원기둥 또는 다각형 기둥 형상일 수 있다. 상기 고체윤활제의 외경은 상기 모재의 홈 또는 구멍의 내경에 비하여 다소 작을 수 있다. 이와 같이 크기를 제어함으로써 상기 고체윤활제가 상기 모재의 홈 또는 구멍에 쉽게 삽입되도록 할 수 있고, 이후 상기 고체윤활제가 삽입된 모재를 소결(sintering)할 때 상기 모재가 수축함으로써 고체윤활제를 강하게 조이도록 함으로써 상기 고체윤활제가 상기 모재로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 고체윤활제는 소결되어 제조된 것일 수 있다. 이와 같이 소결된 고체윤활제를 사용하는 경우, 고체윤활제가 삽입된 모재를 소결하는 공정을 수행하더라도 모재의 수축률이 고체윤활제의 수축률보다 매우 높기때문에 모재의 수축으로 인하여 고체윤활제가 강하게 붙들려 있을 수 있다.
상기 고체윤활제를 상기 모재에 배치하는 단계는, 상기 모재의 성형된 부분의 형상에 대응하는 형상을 가진 고체윤활제를 상기 성형된 부분에 삽입하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 이때, 망치 등의 도구를 사용하거나 자동화된 장치에 의해 수행할 수 있다.
상기 모재를 소결하는 단계는 상기 모재를 소결로에 장입하고 가열하여 수행할 수 있다. 이때 소결 온도는 상기 모재의 용융온도 이하일 수 있으며, 바람직하게는 모재의 재결정온도 이상일 수 있다. 상기 소결 온도는 모재분말의 종류 및 입자크기에 따라 달라질 수 있다.
본 단계에서 상기 모재를 소결함에 따라 상기 모체가 수축할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 고체윤활제에 비하여 모재의 수축률이 높기 때문에 상기 고체윤활제가 상기 모재의 홈 또는 구멍 내부에서 조이게 되어 상기 모재가 소결하여 형성된 소결품에 강하게 붙들려 있을 수 있다.
이하 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시 예를 따르는 베어링의 제조방법을 설명한다.
도 1을 참조하면, 상기 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 준비하는 단계는, 모재분말(20)을 준비하는 단계, 및 상기 모재분말(20)을 몰드(10)에 충진하고 가압하여 상기 몰드(10)의 형상에 의해 적어도 일부에 홈 또는 구멍(31)이 형성된 모재(30a)를 제조하는 단계,를 포함할 수 있다(도 1(a) 내지 (c)).
상기 몰드(10)는 홈 또는 구멍을 형성하기 위한 부재(11)를 포함할 수 있다. 상기 부재(11)는 돌출된 형상 또는 함몰된 형상일 수 있으며, 특별히 제한하지 않는다. 모재는 분말 상태이거나 상기 분말이 일부만 치밀화 된 상태이기 때문에 몰드(10)를 이용하여 가압하는 것만으로도 홈 또는 구멍 등의 형상을 용이하게 성형할 수 있고, 가공 정밀도를 높일 수 있다.
이후, 모재(30a)의 홈 또는 구멍(31)에 고체윤활제(40)를 삽입하는 단계(도 1(d)) 및 이를 소결하는 단계(도 1(e))를 수행한다. 도 1(e)에서는 소결에 의해 소결품(30c)이 수축된 것을 알 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 준비하는 단계는, 모재(30a)를 준비하는 단계, 및 상기 모재(30a)에 홈 또는 구멍(31)을 생성하는 단계,를 포함할 수 있다(도 2(a) 내지 (c)).
상기 모재(30a)는 모재분말(20)을 몰드(10)에 넣고 가압 성형 공정을 수행하여 준비된 것일 수 있다(도 2(a)).
가압 성형을 통해 제조된 모재(30a)는 부분적으로 치밀화된 상태일 수 있다. 따라서, 드릴(50) 등의 작업 공구를 이용하여 가공 시 손쉽게 가공이 가능하여 가공 오차를 줄일 수 있고, 드릴(50) 등의 작업 공구가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이후, 모재(30a)의 홈 또는 구멍(31)에 고체윤활제(40)를 삽입하는 단계(도 1(d)) 및 이를 소결하는 단계(도 2(e))를 수행한다.
도 3을 참조하면, 상기 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 준비하는 단계는, 모재분말(20)을 준비하는 단계, 및 상기 모재분말(20)을 몰드(10)에 충진하고 가압하여 성형하는 단계(도 3(b)), 상기 모재(30a)를 예비소결하여 예비소결된 모재(30b)를 제조하는 단계(도 3(c)), 및 상기 예비소결된 모재(30b)에 홈 또는 구멍(31)을 생성하는 단계(도 3(d)),를 포함할 수 있다.
예비소결을 함으로써 제조된 모재(30b)는 예비소결을 하지 않은 모재에 비하여 높은 경도를 가질 수 있는 바, 홈 또는 구멍의 가공이나 취급을 위해 보다 높은 강도가 요구되는 경우에는 본 실시 예와 같이 예비소결을 진행할 수 있다. 이 경우 예비소결된 모재(30b)는 모재분말이 부분적으로 치밀화된 상태이기 때문에, 소결에 의해 완전히 치밀화된 소결품(30c)에 비하여 경도가 낮아 가공성이 우수하다. 따라서, 정밀한 가공이 가능하고 작업 공구의 손상을 방지할 수 있다.
이후, 모재(30b)의 홈 또는 구멍(31)에 고체윤활제(40)를 삽입하는 단계(도 3(f)) 및 이를 소결하는 단계(도 3(g))를 수행한다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 몰드, 20: 모재분말, 30a: 소결 전 모재, 30b: 예비 소결된 모재, 30c: 소결품, 31: 홈 또는 구멍, 40: 고체윤활제, 50: 드릴

Claims (10)

  1. 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 플레이트 형상의 모재를 준비하는 단계;
    상기 모재에 고체 윤활제를 삽입하는 단계; 및
    상기 모재를 소결하는 단계;를 포함하는 베어링의 제조방법에 있어서,
    상기 모재는 1종 또는 2종 이상의 모재분말을 포함하고, 상기 모재분말 중 인접한 모재분말이 부분적으로 치밀화된 것이고,
    상기 소결하는 단계에서 소결 온도는 소결 온도는 상기 모재의 용융온도 이하 및 상기 모재의 재결정온도 이상이고,
    상기 모재를 소결하는 단계에서 상기 모재가 수축하는 수축률이 상기 고체 윤활제가 수축하는 수축률에 비하여 높고,
    상기 제조방법에 의해 제조된 베어링은 상기 플레이트 형상의 모재에 형성된 중공 내부에, 상기 고체 윤활제가 삽입되어 상부 및 하부로 노출되는 형상을 가지고,
    상기 제조방법에 의해 제조된 베어링은 소결 전 부분적으로 치밀화된 모재에 홈 또는 구멍을 형성하여 가공성이 우수한 것을 특징으로 하는,
    베어링의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 준비하는 단계는,
    상기 모재분말을 준비하는 단계, 및 상기 모재분말을 몰드에 충진하고 가압하여 상기 몰드의 형상에 의해 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 제조하는 단계,를 포함하는,
    베어링의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 일부에 홈 또는 구멍이 형성된 모재를 준비하는 단계는,
    모재를 준비하는 단계, 및 상기 모재에 홈 또는 구멍을 생성하는 단계,를 포함하는,
    베어링의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고체윤활제는 이황화텅스텐, 이황화몰리브덴, 황화망간, 흑연, 카본블랙 및 질화붕소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    베어링의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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